Gesamttitel Ökophysiologie

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1 Gesamttitel Ökophysiologie Biochemische und zellphysiologische Aspekte der Anpassung an Standortfaktoren Vorlesung im Blockkurs Pflanzenbiologie, Teil Ökophysiologie, Symbiose Thomas Boller Botanisches Institut der Universität Basel Hebelstrasse 1, 4056 Basel

2 Titel Wasser 4. Wasser Skript – p. 25

3 Wasser-Klima arid humid aride Zonen (Wüsten) Gobi Sahara
Mojave, Sonora etc. Atacama Kalahari arid Grosse Sand- wüste aride Zonen (Wüsten) humid Skript – p. 26

4 Nettoprimärproduktion global (1)
Unproduktiv: aride Zonen (Wüsten) Skript – p. 38

5 Nettoprimärproduktion global (2)
Produktiv: humide Tropen (Äquator) Skript – p. 38

6 Wasser-Klima in Europa
Verhältnisse in Europa arid humid Skript – p. 26

7 Einfluss des Klimas auf Vegetation und Boden
humid arid Skript – p. 26

8 Schaltkreis-Modell für den Wasser-Fluss in der Pflanze
in Druckeinheiten: 10 bar = ca. 1 MPa Riesiger, regulierbarer Widerstand! Wasserpotentialgefälle Boden-Luft als Triebkraft für Wasser-Fluss Skript – p. 27

9 Wasserverhältnisse im Boden
Verfügbares Wasser - 1.5 MPa (-15 bar) Permanenter Welkepunkt (PWP): Trockener Boden Mpa ( bar) Feldkapazität (FC, field capacity): Wassergesättigter Boden Sand Lehm Ton Skript – p. 27

10 Wasserverhältnisse in der Zelle
Wasserpotential auf der Ebene der Zelle Höfler-Diagramm p Plasmolyse w s Skript – p. 28

11 Wasserpotential unter Feldbedingungen
Erholung des Turgors trotz Abnahme von w ! Osmoregulation: Akkumulation von "solutes" Prinzip: Konstanthalten des Turgors bei grossen Schwankungen von w Skript – p. 28

12 Reaktionen auf Trockenstress
Modulative Anpassung Skript – p. 29

13 Xerophyten: Pflanzen, die an Trockenstress angepasst sind
Escape: "...-meidend" (passiv) Tolerance: "...-tolerant" Avoidance: "...-verzögernd" (aktiv) Skript – p. 29

14 Typische Escape: Die Wüste blüht
nicht im Skript

15 Typische Avoidance: Mammillaria
Mammillaria humboldtii nicht im Skript

16 Typische Tolerance: Craterostigma
Craterostigma wilmsii Myrothamnus flabellifolius

17 Typische Tolerance: Craterostigma
Craterostigma wilmsii - trocken

18 Typische Tolerance: Craterostigma
Craterostigma wilmsii - 8 Stunden feucht

19 Typische Tolerance: Craterostigma
Myrothamnus flabellifolia - trocken

20 Typische Tolerance: Craterostigma
Myrothamnus flabellifolia - feucht

21 Morphologische Anpassungen
Morphologische Anpassungen an Trockenstress Hypodermis Wasserspeicherung in den Interzellularen (Pectin-Gel) eingesenkte Stomata Wasserspeicher-Gewebe Hemizonia luzulifolia Zygophyllum simplex Nerium oleander Skript – p. 29

22 Avoidance: Nerium Oleander
Avoidance bei Wasserstress Oleander, Nerium Oleander (Apocynaceae) nicht im Skript

23 Avoidance: Hemizonia luzulifolia
Avoidance bei Wasserstress Hayfield tarweed, Hemizonia luzulifolia (Asteraceae) nicht im Skript

24 Avoidance: Zygophyllum simplex
Avoidance bei Wasserstress Zygophyllum simplex (Zygophyllaceae) nicht im Skript

25 CAM: Physiologische Avoidance
CAM - Paradebeispiel für "Avoidance" auf physiologischer Ebene Skript – p. 30

26 CAM-Stoffwechsel: Grundlagen
CAM-Grundlagen 1 CAM-Stoffwechsel: Grundlagen C3 CAM Skript – p. 30

27 CAM-Stoffwechsel: Grundlagen
CAM-Grundlagen 2 CAM-Stoffwechsel: Grundlagen Zeitliche Trennung von Fixation und Assimilation Malat-Dehydrogenase Malat-Enzym Wieder-Freisetzung von CO2 PEP-Carboxylase Fixation von CO2 (genauer: HCO3-) Assimilation von CO2 Pyruvat-P-Dikinase Skript – p. 30

28 Fixationsprodukte im Dunkeln
Fütterung von 14CO2 über Nacht (12 h!) 80-90% der Radioaktivität in Äpfelsäure Skript – p. 31

29 Umsteuerung C3/CAM Kalanchoë blossfeldiana im Kurztag: CAM-Pflanze
... mit etwas C3-Rest im Langtag: C3-Pflanze Umsteuerung C3 <---> CAM möglich: modulative (genetisch fixierte) Anpassung an Tageslänge Skript – p. 31

30 Beispiel für eine "fakultative" CAM-Pflanze
Fakultativer CAM Beispiel für eine "fakultative" CAM-Pflanze Kalanchoë blossfeldiana (Crassulaceae) aus dem WWW

31 Isotopen-Diskriminierung
Prinzip: PEPC (Substrat HCO3-) diskriminiert weniger zwischen 13C/12C als RBPC (Substrat CO2) C4 C3 C3 C4 = 1.09% Reduktion des C13-Isotopen Anteils gegenüber natürlicher Abundanz C13-Abundanz "normal": 1.1% Klare Trennung C4/C3 Bei CAM Übergänge zu C3 Skript – p. 31

32 Titel "Konvergente Evolution"
CAM - Paradebeispiel für "Konvergente Evolution" Skript – p. 32

33 Aus dem Lehrbuch ... Euphorbia (Euphorbiaceae)
Echinocereus (Cactaceae) Hoodia (Asclepiadaceae) aus Raven et al., 2002

34 Polyphyletischer Ursprung CAM
Polyphyletischer Ursprung des CAM-Metabolismus Skript – p. 32

35 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Crassula argentea Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution nicht im Skript

36 Mammillaria humboldtii
Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Mammillaria humboldtii (Cactaceae, Caryophyllales) nicht im Skript

37 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Lithops Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Lithops dorotheae Lithops rubri Lithops, Lebende Steine (Aizoaceae, Caryophyllales) nicht im Skript

38 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Euphorbia rosea Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Euphorbia obesa (Euphorbiaceae, Euphorbiales) nicht im Skript

39 Echidnopsis cereiformis
Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Echidnopsis cereiformis (Apocynaceae, Gentianales) nicht im Skript

40 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Stapelia gigantea Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Aasblume, Stapelia gigantea (Asclepiadaceae, Gentianales) nicht im Skript

41 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Senecio rowleyanus Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Senecio rowleyanus (Asteraceae, Asterales) nicht im Skript

42 Acanthosycios horridus
Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Acanthosycios horridus (Cucurbitaceae, Cucurbitales) nicht im Skript

43 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution
Agave Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Agave americana Agave victoriae-reginae Agave (Agavaceae, Liliales) nicht im Skript

44 Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Aloë (Liliaceae, Liliales)
Aloe Sukkulenz und CAM: Konvergente Evolution Aloe vera Aloe ferox Aloe dichotoma Aloë (Liliaceae, Liliales) nicht im Skript

45 Ananas comosus (Bromeliaceae, Commelinales)
Nutzpflanzen und CAM Ananas comosus (Bromeliaceae, Commelinales) nicht im Skript

46 Vanilla planifolia (Orchidaceae, Orchidales)
Nutzpflanzen und CAM Vanilla planifolia (Orchidaceae, Orchidales) nicht im Skript

47 Unterschiedliche Typen /CO2-Freisetzung
Unterschiedliche Mechanismen zur Freisetzung von CO2 "Normalfall" "Spezialfall" (?) Skript – p. 32

48 Freisetzung von CO2 durch PEP-Carboxykinase
Malat-Dehydrogenase Wieder-Freisetzung von CO2 Oxalacetat ATP PEP-Carboxykinase ADP Assimilation von CO2 PEP Pyruvat-P-Dikinase Skript – p. 30

49 CO2-Fixation in der Nacht
Glykolyse liefert C3 -Substrat (PEP) Mobilisierung von Stärke Skript – p. 33

50 Malat-Decarboxylation am Tag
... und Pyruvat-Phosphat-Dikinase Skript – p. 33

51 Regulation der PEP-Carboxylase
Präzise reguliertes Schlüsselenzym Wichtiger Punkt: reversible Phosphorylierung Skript – p. 34

52 Endogene Rhythmik des CAM
Dauerlicht Skript – p. 34

53 Überflutung - Sauerstoffmangel
Epinastie: keine Welke Freisetzung von Ethylen ACC Transport Bildung von ACC Bedeutung von ACC und Ethylen bei der Signaltransduktion Skript – p. 35

54 Lactat- und Alkohol-Gärung
Milchsäure oder Alkohol? Vorteile und Nachteile - Alkohol kann wegdiffundieren - wegdiffundierter Alkohol kann nicht zurückgewonnen werden bescheidener Energie-Gewinn Skript – p. 35

55 Anoxie-Toleranz Anoxie-Toleranz Skript – p. 35

56 Aerenchym-Bildung Zellinhalt stirbt ab:
"Apoptose" zur Bildung eines Belüftungsgewebes Bei Mais: Ethylen induziert Aerenchym-Bildung Skript – p. 36

57 Belüftung der Rhizosphäre
Belüftung der Rhizosphäre durch das Aerenchym "Avoidance"! Via Aerenchym diffundierender Sauerstoff erlaubt normale Atmung! Sauerstoff in der Rhizosphäre verhindert die Bildung von "Bodentoxinen" (Mn2+, Fe2+)! Skript – p. 36